JP2772440B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一定の電気角ごとに一定区間に亙って励磁
電流を遮断することにより効率を高めることができるブ
ラシレスモータに関する。

［従来の技術］ 従来より、ブラシレスモータにおいてロータ位置検出
手段から得られる検出信号を処理することにより一定の
電気角ごとに一定区間に亙って励磁電流を遮断し、以て
効率を高めようとする技術が知られている。

その内容を、ロータ位置検出手段としてホール素子を
利用した２相バイポーラ同時異相励磁型ブラシレスモー
タにおける場合を例にとってブロック図を示す第４図並
びに信号波形及びトルク波形を示す第５図を参照しつつ
説明する。

第４図における101及び102はホール素子からなるロー
タ位置検出手段である。第５図における（H1）及び（H
2）は、各ホール素子の両出力端子間電圧、すなわち検
出信号の波形を示す。但し第５図に示されているのは理
想的な波形である。

この各ホール素子の検出信号は、差動増幅回路111及
び112により差動増幅され、その出力は、それぞれ全波
整流回路121及び122により全波整流される。その全波整
流信号波形を示すのが第５図における（V1）及び（V2）
である。

131及び132は基準電位付与手段であり、第５図におけ
るVs1及びVs2は、各基準電位を示す。

各全波整流信号は、コンパレータ141及び142によって
基準電位Vs1及びVs2をそれぞれ基準としてレベル弁別さ
れ、180度電気角毎の検出信号の極性転換点、すなわち
検出磁極の極性転換点を中心として、全波整流信号のう
ち基準電位Vs1、Vs2より低い一定区間がカットオフされ
て「Ｌ」となり、それ以外の区間が「Ｈ」となる方形波
が弁別信号［第５図における（C1）及び（C2）］として
導出される。

また各ロータ位置検出手段101及び102の検出信号は、
ゼロクロスコンパレータ回路151及び152により処理さ
れ、それぞれ第５図における（S1）及び（S2）に示され
るような方形波信号を導出する。

そして論理回路161により弁別信号を方形波信号と共
に論理処理することによって、第５図における（G1）、
（G2）、（G3）及び（G4）として示されるような90度ず
つの位相差を有する限定各励磁信号を得ることができ
る。

第５図における（TR）は、（G1）乃至（G4）に示され
る限定各励磁信号によって発生する合成トルクの波形を
示す。

要するに、この従来技術においては、ホール素子の検
出信号を差動増幅し、それを全波整流することにより得
られた全波整流信号を磁極角に対応する信号として利用
するものであり、この磁極角対応信号が所定弁別レベル
で弁別され、導出された弁別信号が論理処理されて限定
角励磁信号が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来技術において精度良く励磁角
が限定された限定角励磁信号を得るには、検出信号波形
が理想的な正弦波形であることが必須条件となる。その
上で、その検出信号波形に、精密な差動増幅や全波整流
などの処理を施すことにより、正確な磁極角対応信号を
得ることが必要である。因に、精密な差動増幅及び全波
整流を行うには、通常それぞれ２個及び４個の高価なオ
ペアンプを必要とする。

従って、このような従来技術によるときは、例えばホ
ール素子等のロータ位置検出手段の検出信号にノイズが
付加されたり、その検出出力が飽和していたり、マグネ
ットの端面検出のように磁界が弱いため磁極毎に検出出
力が異なったり、検出手段の特性自体にばらつきがある
等の原因により、ロータ位置検出手段による検出信号波
形が乱れると、それがそのまま磁極角対応信号波形の乱
れにつながる。そうすると、磁極角対応信号を所定弁別
レベルで弁別しても励磁区間に一定の限定を加えること
は不可能となり、効率の低下や出力の不安定性を惹き起
す。

本発明は、従来技術に存した如上の問題点に鑑み行わ
れたものであって、その主な目的は、位置検出手段の検
出信号波形が乱れていても、励磁区間を容易に精度良く
限定することができるブラシレスモータを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係るブラシレス
モータは、検出信号が所定の位相差を有するよう配設さ
れた複数の位置検出手段と、その位置検出手段の検出信
号に基づき磁極角対応信号を導出する磁極角対応信号手
段と、その磁極角対応信号を所定弁別レベルで弁別する
弁別手段と、その弁別手段の弁別信号に基づき限定角励
磁信号を導出する手段とを有してなるブラシレスモータ
において、 前記位置検出手段は、検出信号の極性転換がロータマ
グネットとの一定電気角回転に対応するものであり、 前記磁極角対応信号手段は、各位置検出手段の検出信
号の極性転換に立上がりまたは立下がりが対応する方形
波信号に変換する方形波変換手段と、それらの方形波信
号を論理処理して前記検出信号同士の位相差に基づく電
気角毎に立上がりと立下がりを繰り返す方形波信号を導
出する論理処理手段と、その論理手段の出力を三角波信
号に変換し磁極角対応信号として導出する三角波変換手
段とを備えるものとしている。

［作用］ 検出信号の極性転換がロータマグネットの一定電気角
回転に対応する複数の位置検出手段から所定位相差を有
する検出信号が得られ、その検出信号が方形波変換手段
により方形波信号に変換される。得られる各方形波信号
は、検出信号の極性転換、すなわちロータマグネットの
一定電気角回転毎に立上がりと立下がりを繰り返すもの
となる。

それらの方形波信号を論理処理手段により論理処理す
ると、ロータマグネットの回転に対応して検出信号同士
の位相差に基づく電気角毎に規制的に立上がりと立下が
りを繰り返す方形波信号が得られ、その論理処理手段の
出力である方形波信号は、三角波変換手段によって、検
出信号同士の位相差に基づく当該電気的毎に直線的増大
及び減少を繰り返す三角波信号、すなわち磁極角対応信
号に変換される。

従って、その磁極角対応信号を所定弁別レベルで弁別
することにより、磁極角対応信号における所定電気角毎
の極小或は極大点を中心とする一定区間がリニアに精度
良くカットオフされた弁別信号を得、それに基づいて限
定角励磁信号を導出することができる。

［実施例］ 第１図乃至第３図は本発明の実施例に関するものであ
る。

第１図は本発明の１実施例についてのブロック図を示
す。

第１図において、11及び12は位置検出手段である。検
出信号の極性転換はロータマグネットの180度電気角回
転に対応している。位置検出手段11及び12は、それらの
検出信号が90度の位相差を有するよう配設されている。
位置検出手段としては、ステータとロータマグネットと
の相対位置関係を検出することができるものであれば利
用可能である。その具体例として、ホール素子に代表さ
れる磁電変換素子のほか、フォトインタラプタ、磁気飽
和素子、所謂センサレス方式におけるステータコイル自
体を挙げることができる。ロータマグネットの回転によ
り検出信号の極性が転換する一定電気角は、180度以外
を採用することも可能である。また位置検出手段が３以
上の場合の各検出信号の位相差は、それらの検出信号に
基づき所望の三角波信号、すなわち磁極角対応信号を得
ることができれば必ずしも同一である必要はない。

21及び22は方形波変換手段の１例としてのゼロクロス
コンパレータ回路であり、位置検出手段11及び12の検出
信号がそれぞれ入力され、その検出信号の極性転換、す
なわちロータマグネットの180度電気角回転毎に立上が
りまたは立下がりを繰り返す１対の方形波信号に変換さ
れる。

31、32及び33は、その１対の方形波信号の排他的論理
和及びその否定を導出する論理処理手段を構成してい
る。31及び32は排他的論理和回路であって、それぞれ前
記１対の方形波信号が入力され、その排他的論理和を導
出する。33は否定回路であって、一方の排他的論理和回
路32の出力の否定を導出する。当該排他的論理和は、ロ
ータマグネットの回転に対応して検出信号同士の位相差
に基づく90度電気角毎に立上がりと立下がりを繰り返す
方形波信号となり、その否定は、当該方形波信号に対し
90度の位相差を有する方形波信号となる。

41及び42は三角波変換回路（三角波変換手段）であっ
て、それぞれ排他的論理和回路31及び否定回路33の出力
を三角波信号に変換し、磁極角対応信号として導出す
る。これによって検出信号同士の位相差に基づく90度電
気角度に直線的増大及び減少を繰り返す互いに90度の位
相差を有する１対の三角波信号、すなわち磁極角対応信
号が得られる。

51及び52は弁別信号の１例としてのコンパレータ回
路、61及び62は一定の弁別レベルを与える基準電位付与
手段である。各コンパレータ回路51、52には、それぞれ
三角波変換回路41、42の出力である磁極角対応信号及び
基準電位付与手段61、62の基準電位が入力され、磁極角
対応信号と基準電位との差の極性転換に立上がりまたは
立下がりが対応する１対の方形波信号が弁別信号として
導出される。この１対の弁別信号は90度の位相差を有
し、180度電気角毎の検出信号の極性転換点に対応する
極小或は極大点を中心とする一定区間が三角波信号から
リニアに精度良くカットオフさたものとなる。

71は論理回路である。論理回路71は、弁別信号を前記
ゼロクロスコンパレータ回路21及び22の方形波信号と共
に論理処理して限定角励磁信号を導出する。

第２図は、第１図に示されるブロック図に基づく２相
バイポーラ同時異相励磁型DCブラシレスモータの具体的
回路構成の１例を示す回路図であり、第３図はその信号
波形及びトルク波形を示す。

第２図に示される回路について、第３図を参照しつつ
説明する。

HE1及びHE2はホール素子（位置検出手段）である。各
ホール素子HE1及びHE2の両出力端子間電圧の極性転換、
すなわち検出信号の極性転換は、検出されるロータマグ
ネット磁極の極性転換に対応する。従ってロータマグネ
ットの180度電気角回転に対応することとなる。第３図
（a₁）及び（a₂）は、各ホール素子HE1及びHE2の検出信
号波形を示す。検出信号（a₂）の位相は検出信号（a₁）
に比し90度遅れている。

CP1及びCP2はゼロクロスコンパレータ回路の構成要素
たる比較器である。各ホール素子HE1及びHE2からの両出
力信号は、それぞれ比較器CP1及びCP2の各両入力に与え
られる。各比較器CP1及びCP2は、検出信号（a₁）及び
（a₂）の極性転換に立上がりまたは立下がりが対応し、
検出信号（a₁）及び（a₂）が正の場合に「Ｈ」、負の場
合に「Ｌ」となる方形波信号［第３図（f₁）及び
（f₂）］を導出する。従って方形波信号（f₁）及び
（f₂）は、極性転換のタイミングがずれない限り検出信
号（a₁）及び（a₂）の波形の如何によらずロータマグネ
ットの180度電気角回転毎に立上がりと立下がりを繰り
返す。

方形波信号（f₁）及び（f₂）は排他的論理和回路ER1
及び排他的論理和の反転回路ER2の各両入力に与えら
れ、それぞれ排他的論理和信号［第３図（ｈ）］及び排
他的論理和の否定信号［第３図（ｋ）］を導出する。排
他的論理和信号（ｈ）及び排他的論理和の否定信号
（ｋ）は、ロータマグネットの回転により検出信号同士
の位相差に基づく90度電気角毎に立上がりと立下がりを
繰り返す方形波信号である。

抵抗R1及びコンデンサC1並びに抵抗R2及びコンデンサ
C2は、それぞれ三角波変換手段の１例であるRC積分回路
を構成している。各RC積分回路の入力に排他的論理和信
号（ｈ）及び排他的論理和の否定信号（ｋ）が与えら
れ、検出信号同士の位相差に基づく90度電気角毎に直線
的増大及び減少を繰り返す三角波信号、すなわち磁極角
対応信号［第３図（ｌ）及び（ｍ）］を導出する。磁極
角対応信号（ｌ）及び（ｍ）は、互いに90度の位相差を
有している。

VR1及びVR2はそれぞれ基準電位［第３図ｐ及びｒ］を
与えるためのポテンショメータである。

CP3及びCP4はコンパレータ回路の構成要素たる比較器
である。各比較器CP3及びCP4の正入力端子にはそれぞれ
磁極角対応信号（ｌ）及び（ｍ）が与えられ、負入力端
子にはそれぞれ基準電位ｐ及びｒが与えられる。その結
果、180度電気角毎の検出信号（a₁）及び（a₂）の極性
転換点、すなわち検出磁極の極性転換点を中心として、
磁極角対応信号（ｌ）及び（ｍ）のうち基準電位ｐ及び
ｒより低い極小部の一定区間がカットオフされて「Ｌ」
となり、それ以外の磁極角対応信号（ｌ）及び（ｍ）の
電位の方が高い区間が「Ｈ」となる方形波が弁別信号
［第３図（ｑ）及び（ｓ）］として導出される。磁極角
対応信号（ｌ）及び（ｍ）は90度電気角毎に直線的増大
及び減少を繰り返す三角波信号であるから、カットオフ
される「Ｌ」区間を精度良くリニアに決定することがで
きる。

AD1乃至ちし５は論理積回路、NT1及びNT2は否定回路
である。

弁別信号（ｑ）及び（ｓ）はそれぞれ論理積回路AD1
の両入力に与えられ、弁別信号（ｑ）と（ｓ）との論理
積信号［第３図（ｔ）］を導出する。論理積信号（ｔ）
は、90度電気角毎の両検出信号（a₁）及び（a₂）の極性
転換点を中心とした一定区間がカットオフされて
「Ｌ」、それぞれ以外は「Ｈ」の方形波となる。

そして論理積信号（ｔ）は、各論理積回路AD2乃至AD5
における一方の入力に与えられ、他方の入力にそれぞれ
方形波信号（f₁）、（f₁）の否定、（f₂）及び（f₂）の
否定が与えられることにより、何れかの検出信号（a₁）
及び（a₂）における360度電気角毎の同方向極性転換点
を中心とする180度電気角の区間のうち、その中央及び
両端をそれぞれ中心とする一定区間以外がＨとなる４種
の90度ずつの位相差を有する限定角励磁信号［第３図
（ｕ）、（ｖ）、（ｗ）及び（ｘ）］が導出される。

Tr1乃至Tr20はトランジスタ、L1及びL2は互いに90度
の位相差を有するステータコイルである。

限定角励磁信号（ｕ）が「Ｈ」である場合は、Tr1、1
3、７、11及び19がオン、Tr2、14、８、12及び20がオフ
となり、ステータコイルL1に励磁電流が流れる。限定角
励磁信号（ｕ）と180度位相が異なる限定角励磁信号
（ｖ）が「Ｈ」である場合は、Tr2、14、８、12及び20
がオン、Tr1、13、７、11及び19がオフとなり、ステー
タコイルL1に逆方向に励磁電流が流れる。ステータコイ
ルL2についても同様である。

ステータコイルL1をＡ相、L2をＢ相とすると、本実施
例においては、Ａ相出力トルク波形は第３図（Ａ）に示
されるようなものとなり、Ｂ相出力トルク波形は第３図
（Ｂ）に示されるようなものとなる。従って合成トルク
波形は、第３図（Ｔ）に示されるようなものとなる。

このように、本実施例では各相において最大トルク及
び最小トルクを発生すべき磁極角の区間、すなわち合成
トルクが落ち込む区間の励磁電流が遮断されるため、効
率を高めることができる。そしてその場合の励磁区間の
限定を容易に精度良く行うことができるので、効率及び
出力安定性を高める上で有効性が高い。

以上に説明した具体的回路構成は２相バイポーラ同時
異相励磁型DCブラシレスモータに関するものであるが、
本発明は３相以上についても、またバイポーラ、ユニポ
ーラを問わず、種々の駆動方式のブラシレスモータにも
適用され得ることは勿論である。

３相ブラシレスモータの場合は、例えば、検出信号の
極性転換がロータマグネットの180度電気角回転に対応
する３個の位置検出手段を60度或は120度ずつの位相差
を有するように配設することができる。

位相差を120度とした場合、各検出信号を方形波変換
手段により３種の方形波信号に変換し、論理手段により
それらの論理積を導出すると、ロータマグネットの回転
による60度電気角毎に立上がりと立下がりを繰り返す方
形波信号が得られ、その否定として、当該方形波信号に
対し60度の位相差を有する方形波信号が得られる。

その１対の方形波信号を三角波変換手段により三角波
信号に変換すると、60度電気角毎に直線的増大及び減少
を繰り返す互いに60度の位相差を有する１対の三角波信
号、すなわち磁極角対応信号が得られる。

その磁極角対応信号を所定弁別レベルで弁別すること
により、120度電気角毎の極大点或は極小点を中心とす
る一定区間がリニアに精度良くカットオフされた60度の
位相差を有する１対の弁別信号を得、それらを論理処理
して限定角励磁信号を導出することができる。

例えば弁別信号を方形波変換手段により得られる３種
の方形波信号と共に論理処理すると、60度毎の位相差を
有する６種の限定角励磁信号を導出することができる。

なお、上記実施例における電気角や位相差等の値は、
言うまでもなく、許容し得る範囲の誤差があっても差し
支えない。

［発明の効果］ 本発明のブラシレスモータでは、例えば位置検出手段
の検出信号に対するノイズ付加、位置検出手段の検出出
力の飽和、位置検出手段の特性自体のばらつき等により
検出信号の波形が乱れている場合であっても、方形波変
換手段により、ロータマグネットの一定電気角回転毎に
立上がりと立下がりを繰り返す方形波信号を得、それを
基にして検出信号同士の位相差に基づく電気角毎に直線
的増大及び減少を繰り返す三角波信号を磁極角対応信号
として得ることができるので、これを所定弁別レベル弁
別することにより、所定電気角毎に一定区間がリニアに
精度良くカットオフされた弁別信号を得、それに基づい
て限定角励磁信号を導出することができる。それゆえ、
励磁区間を容易に精度良く限定して効率及び出力安定性
を高めることができる。

また、方形波変換手段により得られる方形波信号を利
用した論理処理を多用するものであるため精密な差動増
幅及び全波整流を要しない。それゆえ、高価なオペアン
プを用いることなく、比較的安価なコンパレータ及びロ
ジックICで構成することによりコストダウンを実現する
ことができる。更に、アナログ回路部を構成するディス
クリート部品を少なくすることができるので、実装面積
の縮小も可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第３図は本発明の実施例に関するものであっ
て、そのうち第１図は本発明の１実施例についてのブロ
ック図、第２図は、第１図に示されるブロック図に基づ
く具体的回路構成の１例を示す回路図、第３図は信号波
形及びトルク波形を示す図である。 第４図及び第５図は、従来のブラシレスモータに関する
ものであって、そのうち第４図はブロック図、第５図は
信号波形及びトルク波形を示す図である。 図面中、11及び12は位置検出手段、21及び22はゼロクロ
スコンパレータ回路（方形波変換手段）、31及び32は排
他的論理和回路（論理処理手段）、33は否定回路（論理
処理手段）、41及び42は三角波変換回路（三角波変換手
段）、51及び52はコンパレータ回路（弁別手段）、61及
び62は基準電位付与手段、71は論理回路である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検出信号が所定の位相差を有するよう配設
   された複数の位置検出手段と、その位置検出手段の検出
   信号に基づき磁極角対応信号を導出する磁極角対応信号
   手段と、その磁極角対応信号を所定弁別レベルで弁別す
   る弁別手段と、その弁別手段の弁別信号に基づき限定角
   励磁信号を導出する手段とを有してなるブラシレスモー
   タにおいて、 前記位置検出手段は、検出信号の極性転換がロータマグ
   ネットの一定電気角回転に対応するものであり、 前記磁極角対応信号手段は、各位置検出手段の検出信号
   の極性転換に立上がりまたは立下がりが対応する方形波
   信号に変換する方形波変換手段と、それらの方形波信号
   を論理処理して前記検出信号同士の位相差に基づく電気
   角毎に立上がりと立下がりを繰り返す方形波信号を導出
   する論理処理手段と、その論理処理手段の出力を三角波
   信号に変換し磁極角対応信号として導出する三角波変換
   手段とを備えることを特徴とするブラシレスモータ。